一种集成式空气控制装置及车载燃料电池发动机制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种集成式空气控制装置，属于燃料电池发动机技术领域，解决了现有空气控制装置控制逻辑复杂且旁通阀不及时开启容易造成空压机喘振的问题。该装置包括空压机、电控三通阀和控制器。空压机的出口与电控三通阀的入口集成连接，即电控三通阀的主路出口和旁通出口均作为空压机的出口；控制器，用于接收到整车发出的需求流量后，确定满足该需求流量的空压机的转速和旁通出口开度，控制空压机运行在上述转速和旁通出口开度处；以及，分别实时监测空压机的入口、主路出口处空气流量和压力，输入预设流量

【技术实现步骤摘要】
一种集成式空气控制装置及车载燃料电池发动机


[0001]本专利技术涉及燃料电池发动机
，尤其涉及一种集成式空气控制装置及车载燃料电池发动机。

技术介绍

[0002]空压机是车载燃料电池发动机中非常重要的零部件，主要为燃料电池提供所需要的空气流量和空气入堆压力。车载燃料电池发动机对于空气的流量、压力均具有较高的需求，需要空压机有较高的转速和较小的功率。
[0003]现有车载燃料电池发动机中，零部件较多，集成度较低，系统集成较为繁琐。需要同时控制空压机、进气节气门和旁通阀来控制空气路的入堆流量和压力，使得控制逻辑较为复杂。且，容易引起空压机喘振，甚至造成空压机的损坏。
[0004]现有技术对于空压机喘振一般采用空压机的出口与三通阀连接来解决，但三通阀的旁通出口不及时开启仍然会造成空压机喘振。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例旨在提供一种集成式空气控制装置，用以解决现有空气控制装置控制逻辑复杂且旁通阀不及时开启容易造成空压机喘振的问题。
[0006]一方面，本专利技术实施例提供了一种集成式空气控制装置，包括空压机、电控三通阀和控制器；其中，空压机的出口与电控三通阀的入口进行集成连接，使得电控三通阀的主路出口和旁通出口均作为空压机的出口；控制器，用于接收到整车发出的需求流量后，确定满足该需求流量的空压机的转速和旁通出口开度，控制空压机运行在上述转速和旁通出口开度处；以及，分别实时监测空压机的入口、主路出口处空气流量和压力，输入预设流量
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效率模型，判断空压机是否可能发生喘振以及效率是否过低，如果可能发生喘振或效率过低，调整空压机的转速和旁通出口开度，使其远离喘振并提高效率。
[0007]上述技术方案的有益效果如下：将空压机和三通阀进行了集成，同时只需要使用一个控制器可实现空压机和三通阀的控制，提高了整个燃料电池发动机的整体集成度。通过空压机的旁通功能，能够有效避免空压机喘振，待空压机的运行状态（即空压机的入口、主路出口处空气流量和压力）接近空压机喘振保护限或效率过低时，通过集成的控制逻辑自动调整空压机的转速和旁通出口开度，能够使空压机远离喘振并提高效率。
[0008]基于上述装置的进一步改进，所述控制器，还用于接收到整车发出的关机指令后，通过控制空压机的主路出口和旁通出口的开度，使得主路出口的空气流量达到预设的入堆吹扫流量，并持续提供入堆吹扫空气达预设时间后，关闭主路出口。
[0009]上述进一步改进方案的有益效果是：燃料电池发动机关机过程中需要进行吹扫，通过控制主路和旁通路的开度，实现了控制入堆吹扫气体的流量。
[0010]进一步，所述控制器，还用于在接收到整车发出的关机指令后，将空压机的主路出口关闭、旁通出口打开，使得主路达到密封。
[0011]上述进一步改进方案的有益效果是：在燃料电池发动机关机后，自动控制空压机的出口完全切换至旁通路，从而关闭主路，达到密封的作用，避免了空气泄露入堆造成电堆的损坏。
[0012]进一步，所述控制器，还用于识别车辆是否临时停车；以及如果临时停车，增大空压机转速以及旁通出口开度，使得整车上燃料电池发动机的净输出功率保持为零。
[0013]上述进一步改进方案的有益效果是：在临时停车的特定工况点运行时，通过提升空压机功率来消耗系统净输出功率，使燃料电池发动机的净输出保持为零，有利于降低损耗。
[0014]进一步，所述控制器包括：数据采集单元，布设于空压机的入口、主路出口处，用于实时监测布设位置处的空气流量和压力，发送至数据处理与控制单元；数据处理与控制单元，用于接收到整车发出的需求流量后，确定满足该需求流量的空压机的转速和旁通出口开度，通过执行单元控制空压机运行；以及，将空压机的入口、主路出口处的空气流量和压力输入预设流量
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效率模型，判断空压机是否可能发生喘振以及效率是否过低，如果可能发生喘振或效率过低，通过执行单元控制空压机使其远离喘振并提高效率；执行单元，用于根据数据处理与控制单元的控制，调整空压机的转速和主路出口、旁通出口的开度。
[0015]上述进一步改进方案的有益效果是：根据空压机的入口、主路出口处的空气流量和压力，可以获得空压机工作在map图（事先标定的流量
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效率模型或曲线）中的位置，若距离空压机的喘振限（同一空气流量下的最高压比处）较近或工作效率较低，则可以通过调整空压机的转速和旁通出口的开度使空压机工作在距离喘振限较远的区域且更高效地运行。
[0016]进一步，集成式空气控制装置还包括空气过滤器；空气过滤器的出口与空压机的入口进行集成连接，使得空气过滤器的出口均作为空压机的入口。
[0017]上述进一步改进方案的有益效果是：增加了空气过滤器，可以过滤空气中的杂质，有效提高空压机的使用寿命以及整个集成式空气控制装置甚至燃料电池发动机的使用寿命。
[0018]进一步，所述数据处理与控制单元执行如下程序控制空压机远离喘振并提高效率：接收到整车发出的需求流量q1后，确定满足该需求流量的空压机的最低转速和旁通出口开度；通过执行单元控制空压机运行在上述最低转速和旁通出口开度处，使得空压机的主路出口处流量等于所述q1；获取空压机的入口处空气压力P1、主路出口处空气压力P2，通过下面公式确定压比ε
ε=P2/P1获取空压机的入口处空气流量q，将所述流量q、压比ε输入预设流量
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效率模型，获得当前时刻空压机的效率，以及喘振限；所述喘振限为流量q下的最高压比；获取压比ε与上述喘振限的差值，将所述差值与阈值一进行比较判断空压机是否可能发生喘振，如果差值小于阈值一，判定空压机可能发生喘振，通过执行单元控制空压机增大旁通出口开度，使得空压机工作在距离喘振限较远的区域；将空压机的效率与阈值二进行比较，判断空压机的效率是否过低，如果小于阈值二，通过执行单元控制空压机增大转速，使得空压机工作在更高效的区域，再次执行上述是否可能发生喘振的判断，直到空压机工作在距离喘振限较远的区域且空压机的效率大于等于阈值二为止。
[0019]上述进一步改进方案的有益效果是：运行状态接近空压机喘振保护线时，通过集成的控制逻辑自动开启旁通路避免空压机出现喘振。
[0020]进一步，所述控制器执行如下程序识别车辆是否临时停车，以及完成临时停车的调控：监测车辆的车速，判定当前时刻之前预设时段内的车速是否均为零，如果是，判定车辆临时停车并执行下一步，否则，判定车辆未临时停车，继续监测车辆的车速；获取空压机消耗功率A，车载燃料电池发动机中除空压机外其他部件的消耗功率B，电堆总输出功率为C；通过下面公式确定车载燃料电池发动机的净输出功率DD=C
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A
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B根据上述净输出功率D进行临时停车的调控，如果D＞0，增大空压机转速以及旁通出口开度，如果果D＜0，降低空压机转速以及旁通出口开度，再次判断，直到D本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成式空气控制装置，其特征在于，包括空压机、电控三通阀和控制器；其中，空压机的出口与电控三通阀的入口进行集成连接，使得电控三通阀的主路出口和旁通出口均作为空压机的出口；控制器，用于接收到整车发出的需求流量后，确定满足该需求流量的空压机的转速和旁通出口开度，控制空压机运行在上述转速和旁通出口开度处；以及，分别实时监测空压机的入口、主路出口处空气流量和压力，输入预设流量
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效率模型，获得喘振限以及空压机效率，判断空压机是否可能发生喘振以及效率是否过低，如果可能发生喘振或效率过低，调整空压机的转速和旁通出口开度，使其远离喘振并提高效率。2.根据权利要求1所述的集成式空气控制装置，其特征在于，其特征在于，所述控制器，还用于接收到整车发出的关机指令后，通过控制空压机的主路出口和旁通出口的开度，使得主路出口的空气流量达到预设的入堆吹扫流量，并持续提供入堆吹扫空气达预设时间后，关闭主路出口。3.根据权利要求1或2所述的集成式空气控制装置，其特征在于，所述控制器，还用于在接收到整车发出的关机指令后，将空压机的主路出口关闭、旁通出口打开，使得主路达到密封。4.根据权利要求3所述的集成式空气控制装置，其特征在于，所述控制器，还用于识别车辆是否临时停车；以及如果临时停车，增大空压机转速以及旁通出口开度，使得整车上燃料电池发动机的净输出功率保持为零。5.根据权利要求1、2、4之一所述的集成式空气控制装置，其特征在于，所述控制器进一步包括：数据采集单元，布设于空压机的入口、主路出口处，用于实时监测布设位置处的空气流量和压力，发送至数据处理与控制单元；数据处理与控制单元，用于接收到整车发出的需求流量后，确定满足该需求流量的空压机的转速和旁通出口开度，通过执行单元控制空压机运行；以及，将空压机的入口、主路出口处的空气流量和压力输入预设流量
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效率模型，判断空压机是否可能发生喘振以及效率是否过低，如果可能发生喘振或效率过低，通过执行单元控制空压机使其远离喘振并提高效率；执行单元，用于根据数据处理与控制单元的控制，调整空压机的转速和主路出口、旁通出口的开度。6.根据权利要求1、2、4之一所述的集成式空气控制装置，其特征在于，还包括空气过滤器；空气过滤器的出口与空压机的入口进行集成连接，使得空气过滤器的出口均作为空压机的入口。7.根据权利要求5所述的集成式空气控制装置，其特征在于，所述数据处理与控制单元执行如下程序控制空压机远离喘振并提高效率：接收到整车发出的需求流量q1后，确定满足该需求流量的空压机的最低转速和旁通出口开度；...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦仲阳，丁铁新，李飞强，方川，
申请(专利权)人：北京亿华通科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：